[发明专利]一种基于碲锌镉的空间带电粒子望远镜

说明书

本发明公开了一种基于碲锌镉的空间带电粒子望远镜，其外罩的顶端设有开口，外罩内设有安装座，安装座上设置有Si半导体探测器、第一CZT探测器和第二CZT探测器，Si半导体探测器和第一CZT探测器组成第一组ΔE‑E探测器系统，第一CZT探测器和第二CZT探测器组成第二组ΔE‑E探测器系统，第一组ΔE‑E探测器系统和第二组ΔE‑E探测器系统配合分别对不同能量的带电粒子进行测量。本发明可对空间环境中的带电粒子、热中子及γ射线等成分进行测量。能够有效测量空间中带电粒子的传能线密度谱(LET)、当量剂量、带电粒子能谱、总剂量、剂量率等信息，对航天员辐射风险评估具有非常重要的意义，相比于传统闪烁晶体系统可以提高对粒子能谱的分辨率，增强粒子鉴别能力。

技术领域

本发明涉及空间粒子测量技术领域，特别涉及一种基于碲锌镉(CZT)的空间带电粒子望远镜。

背景技术

空间中辐射环境包含了能谱很宽的质子、α粒子以及重带电粒子等初级粒子以及这些初级粒子产生的次级粒子，如热中子、快中子和γ射线等。初级粒子的能谱范围比较宽。因此，空间站中，航天员必然暴露于空间辐射中。高能带电粒子对航天器和宇航员的影响主要包括辐射损伤效应、单粒子效应等，造成航天器材料、电子元器件、宇航员及生物样品的一系列损伤。为了对航天员的辐射风险进行精确的评估，需要对空间带电粒子、次级的中子的能谱、通量等信息进行测量。

国外器官剂量多采用被动式探测器进行剂量的监测，主动探测器只关心当量剂量，并未对质子等带电粒子的能谱进行测量。单纯的剂量测量不能满足辐射风险精准评估的要求，需要对带电粒子能谱、γ射线、中子的能谱进行精准测量。国内的辐射测量集中在辐射环境测量，这些环境的测量只能够通过蒙卡模拟对航天员器官剂量进行重建，存在一定的模糊性。

闪烁晶体探测器用在了国际空间站的辐射人体器官剂量测量中，其体积及能量响应均能满足要求，但对粒子能谱分辨率相对较低。CZT探测器能够对不同能量的射线可以产生不同的能量沉积，能量沉积与产生的脉冲信号幅度成正比，后续电路采用ADC对脉冲幅度进行甄别，可以准确反应不同类型和不同能量射线的组织吸收剂量，对模拟人的剂量当量测量是准确合理的。CZT探测器还具有体积小、重量轻、可靠性高、不易损坏等优点，在假人体内摆放位置可以更合理，受空间制约小。CZT是目前国际公认的综合性能最好的核辐射探测器之一，除了具备硅探测器的优点外，其能量和空间分辨率更高。

传统的闪烁体探测器的ΔE-E系统存在能量分辨率较差、对轻带电粒子的甄别效果较差的问题，在对热中子和快中子的探测时需要体积较大的液体闪烁体，而目前的CZT晶体主要用于X射线的探测，在带电粒子的测量中使用较少。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种结构合理、粒子能谱的分辨率高的基于碲锌镉的空间带电粒子望远镜。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于碲锌镉的空间带电粒子望远镜，其包括外罩，所述外罩的顶端设有开口，所述外罩内设有安装座，所述安装座上从上至下依次设置有Si半导体探测器、第一CZT探测器和第二CZT探测器，所述Si半导体探测器和第一CZT探测器组成第一组ΔE-E探测器系统，所述第一CZT探测器和第二CZT探测器组成第二组ΔE-E探测器系统，所述第一组ΔE-E探测器系统和第二组ΔE-E探测器系统配合分别对不同能量的带电粒子进行测量。

作为本发明的进一步改进，所述第一组ΔE-E探测器系统可探测10-60MeV的质子，所述第二组ΔE-E探测器系统可探测60-90MeV的质子。

作为本发明的进一步改进，所述Si半导体探测器的直径为10mm，厚度为300μm，所述第一CZT探测器和第二CZT探测器均为立方体，边长均为10mm。

作为本发明的进一步改进，所述Si半导体探测器对应的PCB板设于Si半导体探测器和第一CZT探测器之间，所述第一CZT探测器对应的PCB板设于第一CZT探测器和第二CZT探测器之间，所述第二CZT探测器对应的PCB板设于第二CZT探测器的底部。